JP2003224442A - 水晶デバイス及びその製造方法 - Google Patents
水晶デバイス及びその製造方法Info
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Abstract
着部材による通電性を損なうことなく、同時に励振電極
においても安定して良好な電気的特性が得られる水晶デ
バイス及び該水晶デバイスの製造方法を提供する。 【解決手段】水晶振動子3に引き出し電極及び励振電極
を形成後、少なくとも下面側の引き出し電極32、34
のみを局所的に熱風照射またはヒーター加熱により加熱
し、下地金属層の金属をAu層の表面に表面析出層とし
て析出させ、その後、シリコーン系の導電性接着材を用
いて基体の下面に収容・保持し、硬化させる。
Description
または筐体状の基体にシリコーン系の導電性ペーストを
硬化して得られるシリコーン導電性接着部材を介して接
合した水晶デバイスに関するものである。
51は、図7に示すように、電極パッド525を有する
セラミックパッケージに水晶振動子53を配置してい
た。
平板状セラミック絶縁層と枠状セラミック層を積層して
成り、その内部に水晶振動子53を収容するキャビティ
520が形成されている。
は外部端子電極526が形成され、セラミックパッケー
ジ52の内部には長手方向の両端部に幅方向に分離し、
外部へ端子電極などと接続する電極パッド525が形成
され、該電極パッド525の上部には幅方向に直線状に
形成される帯状のバンプ525aなどが形成されてい
た。
板の両面主面に互いに対向する励振電極531、533
及び励振電極531、532から水晶基板の一方短辺側
の両主面に延びる引き出し電極532、534が形成さ
れている。この各電極パターン(不図示)は蒸着、スパ
ッタ等の手段を用いて形成されている。尚、符号532
1、5341は引き出し電極532、534のち水晶基
板の一方主面に形成した電極パッドであり、5322、
5324は、引き出し電極532、534のち水晶基板
の他方主面に形成した電極パッドである。
スは、以下の製造工程を経て製造される。
パッタなどの手法により、例えば、励振電極533及び
引き出し電極5322を形成する領域に一層目にCrや
Niなどの下地金属層533a及び5322a、さらに
その上面に二層目のAu層533b、5322bを形成
し、励振電極531、533及び引き出し電極532、
534を形成し、水晶振動子53とする(以下、下地金
属層としてCrを用いて説明する。)尚、もう一方の引
き出し電極534も同様、さらに、水晶基板530の上
面側も同様である。
で1時間以上の加熱処理を行い、一層目の下地金属層5
33a、5332aを二層目のAu層533b、532
2b内部に拡散させ、さらにAu層533b、5322
bの表面に析出させて、表面析出層533c、5322
cを形成する。
る。
5aにシリコーン系の導電性接着材57となる導電性樹
脂ペーストを塗布し、この塗布した導電性樹脂ペースト
上に、水晶振動子53の引き出し電極が位置するように
搭載する。
セラミックパッケージ52と圧電振動子53とを固定
し、さらに、水晶振動子53を気密封止にすべく、セラ
ミックパッケージ52上に蓋体56を被着していた(特
開2000−151345号)。
て水晶デバイスを作製し、水晶振動子53全体を加熱す
ると、図6に示すように、引き出し電極だけでなく励振
電極においても一層目のCr層やNi層は析出してい
た。即ち、符号5322aは例えはCr層であり、53
22bはAu層であり、5322cはCrの表面析出層
である。
する方法では生産効率を高めるために、アニール炉など
に投入し、バッチ処理するのが可能であった。しかし、
このように多量の水晶振動子を一度に加熱する方法では
加熱後に、セラミックパッケージ52の電極パッド52
5やバンプ525a上へ搭載する工程を水晶振動子夫々
に対して順次行っていくことになり、水晶振動子によっ
ては3〜4時間経過してから、導電性樹脂ペースト54
上に載置されることになり、特に励振電極表面の表面析
出層5322cが酸化してしまい、これによりAu層5
322bと電極パッド525やバンプ525aとの間に
付加容量を持たせたり、励振電極及び引き出し電極の硬
さや厚みを変化してしまう。
℃程度において、付加容量の変化や励振電極及び引き出
し電極の硬さや厚みが影響し、100Ω以上にCI値が
変化してしまい発振停止の危険が起こってくるという問
題があった。
ものであり、その目的は、温度を変えても電気的特性が
良好で、安定した電気的特性の水晶振動子及び該水晶振
動子を用いた水晶デバイス及びその製造方法を提供する
ものである。
晶基板の主面に励振電極及び引き出し電極を形成した水
晶振動子と、前記引き出し電極と接続する電極パッドを
形成した基体と、前記引き出し電極と前記電極パッドと
を接合するシリコーン系導電性接着部材とから成る水晶
デバイスにおいて前記励振電極はCr層又はNi層から
なる下地金属層と、該下地金属層上に被着形成したAu
層との二層構造であるとともに、前記引き出し電極は前
記下地金属層と、前記Au層と、前記下地金属層の金属
が析出した表面析出層との三層構造であることを特徴と
する水晶デバイスである。
及び引き出し電極となる領域にCr層又はNi層からな
る下地金属層、Au層を順次被着形成する工程と、前記
引き出し電極となる領域を加熱処理して、この領域のA
u層の表面に下地金属層の金属を析出させた表面析出層
を形成する工程と、電極パッドを形成した基体を準備す
る工程、前記電極パッド上にシリコーン系導電性接着部
材を塗布し、その上部に前記水晶振動子の引き出し電極
を位置させさて、水晶振動子を搭載・固定する工程と、
から成ることを特徴とする水晶デバイスの製造方法であ
る。
Niの下地金属層及びその上部に二層目のAu層を被着
形成された引き出し電極及び励振電極のうち、引き出し
電極のみ、特に、少なくとも下面側の引き出し電極を局
所的に、熱風照射による手法またはブロック状ヒーター
を当接させる手法を用いて加熱することにより一層目の
下地金属層を二層目のAu層内部に拡散させ、さらには
Au層表面に三層目として下地金属層の金属が析出した
表面析出層を形成させている。
質的にAu層が維持できるため、表面析出層の形成を有
効に抑えることができ、酸化しにくい状態を維持でき
る。このため、電気的特性、高温、例えば50℃程度に
おいて、付加容量の変化や励振電極及び引き出し電極の
硬さや厚みが影響してCI値が変化してしまうことを有
効に抑えることができる。
ーン樹脂を含む導電性樹脂ペーストが塗布された電極パ
ッドやバンプの上面に位置するように載置し、導電性樹
脂ペーストを加熱することにより硬化している。
ケージに接続・固定させることにより、引き出し電極で
の電極パッドまたはバンプとの導通抵抗面で良好な接合
状態が得られる。
と同様にAu層との界面にシリコン膜が形成させずに、
導電性接着部材の導電粒子とAu層を接続することが可
能になると同時に、水晶振動子にて加熱するのは引き出
し電極のみであるので、加熱に要する時間を短縮するこ
とが可能になり、前述の加熱工程と水晶振動子の搭載工
程を連続して行うことが可能になる。結局、特性の安定
した水晶デバイスを確実に、且つ簡単に製造することが
できる。
その製造方法を図面に基づいて詳説する。
であり、図2は水晶デバイスの側断面図であり、図3
は、本発明にかかる水晶振動子の上面図であり、図4は
前記水晶振動子を収容・搭載した基体の保持部の要部拡
大図である。
パッケージ2、水晶振動子3、導電性接着材4、金属製
蓋体6から構成される。
らなる矩形状の平板状基板21と、その上面に積層され
るセラミックからなる枠体状基板22と、該枠体状基板
22の開口周囲に周設された封止用導体膜23と、この
封止用動態膜23に接合されたシールリング24とから
構成されている。そして、全体として、図2に示すよう
に表面側に開口を有するとともに、水晶振動子3が収容
される実質的に矩形状のキャビティ20が形成される。
さらにキャビティ20の底面、即ち平板状基板21の上
面の一方の短辺側(図1では左側の辺)に水晶振動子3
と電気的な接続を行う一対の電極パッド25、25が形
成されている。この電極パッド25、25は、短辺の幅
方向(図1では上下方向)に分かれて夫々形成されてい
る。その形状は概略矩形状となっている。
Fe−Ni−Coなどの金属からなり、枠状セラミック
基板22の開口周囲に形成された封止用導体膜23上に
ろう付けなどにより形成される。
は、この電極パッド25、25と電気的に接続し、外部
プリント配線基板と接合するための外部端子電極26が
形成されている。この電極パッド25、25と外部端子
電極26とは、セラミックパッケージ2の一部を貫くビ
アホール導体によって接続されている。電極パッド2
5、25と外部端子電極26の形成位置とが対応しない
場合には、キャビティ20の底面に所定形状の配線導体
を形成すれば、ビアホール導体によって簡単に接続する
ことができる。
に、キャビティ20の中央部寄りには、導電性金属ペー
ストの焼き付け、導電性樹脂ペースト、絶縁性樹脂ペー
ストの印刷、硬化により形成されるバンプ25aが形成
してもよい。
膜23は、モリブデン、タングステンなどの金属から構
成され、その表面にNi、Auメッキ処理されて形成さ
れる。例えば、導電性金属ペーストの焼き付けによりバ
ンプ25aを形成する場合、電極パッド25、25の下
地導体となる導体を上述の金属のペーストにより印刷形
成し、乾燥後に、その表面に上述の金属ペーストを用い
てバンプ25aの形状に応じて印刷形成し、その後両者
を焼成処理することにより形成される。
に従ってカット(ATカット)された矩形状の水晶基板
30と、水晶基板30の両主面に被着形成された励振電
極31、33と、一対の励振電極31、33から夫々水
晶基板30の短辺方向(図では左側)に延出された引き
出し電極32(図中上面側の電極の符号を321で、図
中下面側の符号を322で示す)、34(図中上面側の
電極の符号を341で、図中下面側の符号を342で示
す)とから構成されている。例えば、上面側励振電極3
1から延出する引き出し電極321では、上面の短辺近
傍に延出され、その短辺近傍の一方の長辺端面(図面で
は下側の端面)を介して下面側に延出され引き出し電極
322となっている。逆に、下面側の励振電極33から
延出する引き出し電極342は、下面の短辺近傍に延出
され、そして、短辺の近傍の他方の長辺端面(図面では
上側の端面)を介して上面側に延出され引き出し電極3
41となっている。そして、この引き出し電極32、3
4は、水晶基板30の両主面に夫々対向しあう位置に形
成され、その形状は、所定位置に配置した時に、電極パ
ッド25、25に導通し得る形状である。
し電極32、34は、水晶基板30の両主面に、所定形
状のマスクを配置して、蒸着やスパッタ等の手段を用い
て一層目のCrやNiの下地金属層35aを形成し、さ
らにその上面に二層目のAu層35bが形成されてお
り、それにより水晶振動子3が形成されている。(尚、
以降の説明においては、下地金属層の一例としてCrを
用いて説明する。)上述のセラミックパッケージ2と水
晶振動子3との電気的な接続及び機械的な接続は、接着
材としてシリコーン樹脂41と導電粒子42を含むシリ
コーン系の導電性接着材4によって達成される。
み、特に、少なくとも下面側引き出し電極(導電性接着
材4が被着される部分)に局所的に熱風を照射すること
により加熱し、夫々の水晶振動子に対しては、250
℃、5分〜10分といった短時間の加熱を行う。その後、
キャビティ20の下面の電極パッド25、25上に塗布
された導電性樹脂ペースト上に水晶振動子3の引き出し
電極32、34を載置し、硬化させる。
いてのみ二層目のAu層の上にさらに三層目のCr表面
析出層を形成し、その後、時間は5〜10分以内という
ように短時間のうちに水晶振動子3を導電性樹脂ペース
ト4を用いてセラミックパッケージ2の電極パッド25
やバンプ25aと接続することができるようになり、個
々の水晶振動子3に対して短時間での接合が可能になる
ため、生産性が向上する。
率よく行うために、バッチ方式で水晶振動子を大量に同
時に加熱する手法をとっており、通常は水晶振動子は加
熱された後、個別にセラミックパッケージの電極パッド
に塗布された導電性樹脂ペースト上に引き出し電極が位
置するように載置されていた。この場合、水晶振動子に
よっては、3〜4時間といった長時間が経過した後に載
置されることになり、このように放置された時間の間に
励振電極の表面に析出したCrが酸化されてきてしま
う。それにより、高温時にCI値の著しい悪化という異
常を発生させていたが、本発明においては、Crなどの
下地金属層35aの厚みを40Å〜80Å程度であれば
よく、例えば、後の工程でリフロー工程など加熱される
工程においても、励振電極31、33の表面に析出して
くるCrの量を有効に制限することができ、水晶デバイ
スとして発振周波数の大きな変化を発生させないように
することが可能になる。
0Å〜80Åであればよい理由としては、下地金属層が
40Å以下である場合、Au層35bが約2000Å以
上必要であるため、下地金属層35aがAu層35bに
対し薄すぎるため引き出し電極32、34のみ加熱した
場合でも、Crを殆どAu層表面に析出させられなくな
る。このため、導電性接着部材4と水晶振動子3の引き
出し電極32、34との電気的接続をとることが困難に
なってしまう。
が80Å以上になると、水晶振動子3の引き出し電極3
2、34のみ局所的に加熱し、導電性接着部材4を用い
て電極パッド25、25と接続すると電気的に安定した
接続は得られるが、後の工程でリフロー工程など加熱さ
れる工程において、励振電極31、33においてもCr
のAu層への拡散、Au層表面への析出が進んでしま
い、その結果、発振周波数が低下し、最終的に不良品と
なってしまう危険がある。
35aの膜厚は40Å〜80Åであればよいが、50Å
〜60Åにすれば、より安定した水晶振動子や水晶デバ
イスを得ることができる。また、その後、リフロー工程
など加熱される工程においても発振周波数は大きな変化
を起こさないため、水晶デバイスとして、電気的特性、
例えば高温においてCI値などで異常を起こす危険、即
ち発振回路として組み込んだ場合発振停止の危険をなく
すことができる。
例えば、Fe−Ni合金(42アロイ)やFe−Ni−
Co合金(コバール)などからなる。このような金属製
蓋体6は、水晶振動子3の収容領域(キャビティ)20
を、窒素ガスや真空などで気密的に封止する。具体的に
は、所定雰囲気で、金属製蓋体6をセラミックパッケー
ジ2のシールリング24上に載置して、シールリング2
4の表面の金属と金属製蓋体6の金属の一部とが溶接さ
れるように所定電流を印加してシーム溶接を行う。尚、
この溶接を確実に行うために、金属製蓋体6の接合面側
に、Agろう層などを予め形成しておくとよく、また溶
接によって溶融したろう材が、金属製蓋体6の表面側に
回り込み、接合に寄与するろう材が減少しないように、
金属製蓋体6の表面側に、Niメッキ層を形成しておい
てもよい。
極32、34とセラミックパッケージ2の電極パッド2
5及びバンプ25aとを接続することにより、シリコー
ン系の導電性接着材4との接合部での導通抵抗を良好に
できると同時に、従来、励振電極が酸化し表面に酸化膜
を形成することにより、Au層と電極パッド25やバン
プ25aとの間に付加容量の発生や励振電極の硬さや厚
みの変化により、温度によって発振周波数の異常な変化
を起こすことがあったが、そのような異常の発生を防ぐ
ことができるようになる。
に封止した水晶デバイス1としては導通抵抗が良好で、
且つ温度を変化させた場合でも電気的特性が良好な水晶
デバイス1を供給することができるようになった。
ラミックパッケージ2を金属製蓋体6を用いて気密的に
封止する前に、外部端子電極26などを用いて水晶振動
子3の発振周波数を測定し、必要に応じて水晶振動子3
の上面側励振電極31の表面に、Agなどを蒸着した
り、或はArガスを照射し、励振電極表面のAuを削除
することにより周波数の調整を行う工程などが行われ
る。
製造される。
の底面、即ち、平板状基板21の表面に一対の電極パッ
ド25、25が形成され、また、キャビティ20の開口
周囲の表面に封止用導体膜23、シールリング24が形
成されたセラミックパッケージ2、水晶基板30及び金
属製蓋体6を用意する。
3、一方の短辺側の両主面に延出された引き出し電極3
2、34となる領域にスパッタや蒸着により一層目であ
るCrの下地金属層35aを形成し、さらにその上面に
二層目のAu層35bを被着形成し、水晶振動子3とす
る。
2、34のみについて(少なくとも下面側の引き出し電
極について)局所的に加熱する工程を行う。
すようにマスク36などに嵌合された水晶振動子のマス
ク36の開口部から露出した引き出し電極32、34に
熱風を照射し、加熱を、例えば250℃の熱風で5分〜
10分行う。
示すように引き出し電極32、34にブロック状に形成
したヒーター7を例えば250℃、5分〜10分当接さ
せる。
用いて水晶振動子3の少なくとも下面側の引き出し電極
32、34について加熱を行い、下地金属層35aのC
rをAu層35b内に拡散させ、Au層35bの表面に
析出させる。ここで、表面には表面析出層35cが形成
される。また、必要に応じてもう一方主面も同様に局部
加熱処理を行なっても構わない。
系であり、硬化されて導電性接着部材4となる導電性樹
脂ペーストをディスペンサーなどで供給・塗布する。
れた導電性樹脂ペースト上に載置する。具体的には、導
電性樹脂ペーストの供給した部分に、下面側引き出し電
極32、34が当接するように水晶振動子3を載置す
る。
ラミックパッケージ2と水晶振動子3を接合固定する。
具体的には、熱の印加により硬化する。その後、シール
リング24に金属製蓋体6を載置し、両者にシーム溶接
を行う。
として、Crを用いたが、Crに代えてNiを用いても
構わない。また、基体として上述の実施例では、筺体状
のセラミックパッケージで説明したが、基体として平板
状のセラミック基板を用いても構わない。この場合、蓋
体6の形状を、水晶振動子3を被覆できる筺体状とすれば
よい。
の両主面の引き出し電極及び励振電極となる領域に、C
rやNiによる下地金属層及びその上面にAu層を被着
形成し、引き出し電極を局所的に加熱し、この引き出し
電極部分を下地金属層をAu層内部に拡散させ、Au層
表面に析出させたので、通電性を良好になり、また、特
性の変動を少なくすることができる。
はヒーター加熱により局所的に加熱しているため、従来
のように水晶振動子全体をバッチ処理にて加熱する必要
がなくなり、引き出し電極の加熱工程とその後の基体と
のシリコーン系導電性接着部材を用いての接合工程を個
々の水晶振動子に対して連続して行うことが容易にな
る。
た水晶デバイス及び該水晶デバイスの製造方法を提供す
ることができる。
上面図である。
の上面図である。
の要部拡大断面図である。
熱風照射により加熱している状態の断面図であり、
(b)はヒーター加熱により加熱している状態の断面図
である。
引き出し電極及び励振電極について下地金属層が析出さ
れた状態の要部拡大断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】矩形状の水晶基板の主面に励振電極及び引
き出し電極を形成した水晶振動子と、 前記引き出し電極と接続する電極パッドを形成した基体
と、 前記引き出し電極と前記電極パッドとを接合するシリコ
ーン系導電性接着部材とから成る水晶デバイスにおいて
前記励振電極はCr層又はNi層からなる下地金属層
と、該下地金属層上に被着形成したAu層との二層構造
であるとともに、前記引き出し電極は前記下地金属層
と、前記Au層と、前記下地金属層の金属が析出した表
面析出層との三層構造であることを特徴とする水晶デバ
イス。 - 【請求項2】矩形状の水晶基板の主面に励振電極及び引
き出し電極となる領域にCr層又はNi層からなる下地
金属層、Au層を順次被着形成する工程と、 前記引き出し電極となる領域を加熱処理して、この領域
のAu層の表面に下地金属層の金属を析出させた表面析
出層を形成する工程と、 電極パッドを形成した基体を準備する工程、前記電極パ
ッド上にシリコーン系導電性接着部材を塗布し、その上
部に前記水晶振動子の引き出し電極を位置させさて、水
晶振動子を搭載・固定する工程と、から成ることを特徴
とする水晶デバイスの製造方法。 - 【請求項3】前記加熱手段は、熱風照射またはヒーター
による局部加熱のいずれかにより行なわれていることを
特徴とする請求項2記載の水晶デバイスの製造方法。
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